JP6307588B1

JP6307588B1 - 金型とその製造方法

Info

Publication number: JP6307588B1
Application number: JP2016255052A
Authority: JP
Inventors: 隆範渡辺
Original assignee: 日型工業株式会社
Priority date: 2016-12-28
Filing date: 2016-12-28
Publication date: 2018-04-04
Anticipated expiration: 2036-12-28
Also published as: JP2018103246A

Abstract

【課題】中子砂を効率的に加熱し、ヒータの消費電力を低減する。【解決手段】金型１は、第１の面２に開口し、砂が充填されるキャビティと、第１の面２の裏面である第２の面３に設けられたヒータ６と、ヒータ６を覆う断熱シート８と、を有し、ヒータ６はキャビティと断熱シート８の間に位置している。【選択図】図１

Description

本発明は金型とその製造方法に関し、特に中子の造型に用いられる金型の構成に関する。

中子を使用する鋳造方法において、中子は、例えばレジンコーテッドサンド（ＲＣＳ）などの熱硬化性樹脂や無機物を含有する中子砂を上下ないし左右分割式の金型に充填し、加熱して焼成した後、金型から押し出して離型するというプロセスで作成される。特許文献１には、中子砂を加熱するためのヒータを備えた金型が開示されている。

特開平４−２１０８４７号公報

特許文献１に記載の金型ではヒータが金型に内蔵されているが、ヒータの発熱は熱伝導により金型全体に伝わるため、中子砂を効率的に加熱することができない。このため、キャビティ内の中子砂を所定の温度に加熱するためにヒータの消費電力が増加するという問題がある。

本発明は中子砂を効率的に加熱できるように金型を加熱し、ヒータの消費電力を低減することができる金型を提供することを目的とする。

本発明の金型は、第１の面に開口し、砂が充填されるキャビティと、第１の面の裏面である第２の面に設けられたシートヒータと、シートヒータを覆う断熱シートと、を有し、シートヒータはキャビティと断熱シートの間に位置している。第２の面はシートヒータと断熱シートが嵌められる凹部を有し、凹部の底面に複数の突起が形成されており、シートヒータと断熱シートはこれらの複数の突起が挿通される複数の穴を有している。

本発明によれば、キャビティから離れる方向への熱伝導が断熱シートによって規制されるため、キャビティを効果的に加熱することができる。従って、ヒータの消費電力を低減することができる。

本発明の一実施形態に係る金型の斜視図である。図１に示す金型からシートヒータ、断熱シートなどを外した状態の斜視図である。図１に示す金型のキャビティ側からみた斜視図である。図２に示す金型の平面図と断面図である。シートヒータの平面図である。実施例と比較例における金型の温度の時間的変化を示すグラフである。

以下、図面を参照して本発明の金型の実施形態を説明する。図１は本発明の一実施形態に係る金型の斜視図、図２はシートヒータ、断熱シートなどを外した状態の金型の斜視図、図３は金型のキャビティ側からみた斜視図、図４（ａ）はシートヒータ、断熱シートなどを外した状態の金型の平面図、図４（ｂ）は図４（ａ）のＡ−Ａ線に沿った断面図、図５はシートヒータの平面図である。本実施形態では、可動型と固定型からなる一対の金型をキャビティの開口同士が対向するように密着固定することにより、中子を形成するための空間が形成される。可動型は固定型に対して、例えば上下方向あるいは横方向に移動することができる。ここでは可動型の構成について説明するが、固定型も可動型とほぼ同じ構成を有している。可動型と固定型はダクタイル鋳鉄で製作されている。

金型１は概ね直方体の形状を有し、第１の面２と、その裏面である第２の面３と、第１の面２と第２の面３の間に位置する第３〜第６の面２１〜２４と、を有している。第１の面２には中子砂が充填されるキャビティ４が開口している。中子砂は一般的な鋳物砂の他、ＲＣＳなどの熱硬化性樹脂を含有する中子砂であってもよい。

第２の面３の中央のキャビティ４と対向する位置に、凹部５が形成されている。凹部５には内側（底部）から外側（上部）に向けて、シートヒータ６と、第１の押え板７と、断熱シート８と、第２の押え板９とがこの順で積層されて嵌め込まれている。第２の押え板９の外面は第２の面３とほぼ同じ高さにある。図４（ｂ）に示すように、凹部５の側壁は第２の面３に対して垂直に形成されており、凹部５は深さ方向に同じ断面積を有している。

図５にシートヒータ６の形状を示している。図示は省略するが、第１の押え板７と断熱シート８もシートヒータ６と同じ形状を有している。第２の押え板９は四隅に拡張部９ａを備える点を除き、シートヒータ６と同じ形状を有している。断熱シート８は第１の押え板７を介してシートヒータ６を覆っており、第２の面３と垂直な方向に見たときに、シートヒータ６全体を含んでいる。また、シートヒータ６は、第２の面３と垂直な方向に見たときに、キャビティ４全体を含んでいる。これによって、キャビティ４全体が均一に加熱される。

凹部５の側面は第２の面３の法線に対して傾き、凹部５の断面積が、深い位置程小さくなっていてもよい。この場合、底部に位置するシートヒータ６の面積が最も小さく、第１の押え板７、断熱シート８、第２の押え板９の順で面積が大きくなる。また、第２の面３と垂直な方向に見たときに、シートヒータ６が断熱シート８の内側に含まれるため、断熱シート８の断熱性能がさらに向上する。

図１，４に示すように、第３〜第６の面２１〜２４にもそれぞれ断熱シート２５〜２８が設置されている。断熱性を高めるため、断熱シート２５〜２８は第３〜第６の面２１〜２４のそれぞれの面のほぼ全域に設置されている。第３の面２３に設置される断熱シート２７は後述する切り欠き１８との干渉を避けるため、切り欠き１８と同様の切り欠きを有している。図４（ｂ）には、第３の面２１と第５の面２３に設置された断熱シート２５，２７を示している。第３の面２１には凹部２９が設けられ、凹部２９には、断熱シート２５と、断熱シート２５を押え、保持する押え板３１と、が嵌められている。同様に、第５の面２３には凹部３０が設けられ、凹部３０には、断熱シート２７と、断熱シート２７を押え、保持する押え板３２と、が嵌められている。押え板３１，３２は凹部２９，３０の肩部に設けられたねじ穴にねじ止めされたねじ３３で金型１に固定されている。断熱シートは第３〜第６の面２１〜２４のすべてに設ける必要はなく、一部の面だけに設けることもできる。また、断熱シートを第３〜第６の面２１〜２４のいずれかに設ける場合、第２の面３の断熱シート８を省略することもできる。すなわち、断熱シートは第２〜第６の面３，２１〜２４のいずれかに設けられていればよい。

シートヒータ６の発熱は主に第２の面３に広がるが、一部の熱は金型１の内部を熱伝導によって伝わり、第３〜第６の面２１〜２４から放熱する。第３〜第６の面２１〜２４に断熱シート２５〜２８を設置することで、熱を金型１の内部に閉じ込め、シートヒータ６の消費エネルギーを抑えることができる。また、断熱シート２５〜２８を設けない場合、第３〜第６の面２１〜２４からの放熱のために、断熱シート８で覆われた第２の面３と第３〜第６の面２１〜２４との間で大きな温度差が生じることがある。このような金型１の温度差は金型１の歪の原因となる。しかし、第３〜第６の面２１〜２４に断熱シート２５〜２８を設置することで、金型１の温度分布が均一化され、型歪を抑えることができる。

図２に示すように、凹部５の底面に、底面から底面と垂直な方向に延びる複数の突起１０が形成されている。シートヒータ６、断熱シート８、第１及び第２の押え板７、９の複数の突起１０に対応する位置には複数の突起１０が挿通される複数の穴１１が形成されている。図５にシートヒータ６の穴１１を示している。図示は省略するが、断熱シート８、第１及び第２の押え板７、９にも同じ位置に同じ形状の複数の穴１１が形成されている。これによりシートヒータ６、第１の押え板７、断熱シート８、第２の押え板９が、凹部５内で位置ずれを起こすことなく配置される。

中子を取出す際に用いる押出しピンが挿入される貫通孔１２が、突起１０を貫通して設けられている。金型１の四隅には、押出しピンを上下方向に位置決めするためのストッパのピンが挿入される貫通孔１３が設けられている。同じく金型１の四隅には第２の押え板９の拡張部９ａを収容する凹部１４と、ねじ穴１５が形成されている。ねじ穴１５は第２の押え板９を金型１に固定するためのボルト１６が係合するようにされている。第２の押え板９が拡張部９ａで固定されるため、シートヒータ６に穴をあけることなくシートヒータ６を固定することができる。金型１の一辺に沿ってシートヒータ６の導線１７を取出すための切り欠き１８が設けられている。

シートヒータ６は面全体から発熱する面状発熱体である。シートヒータ６を用いることによりキャビティ４全体を均一に加熱することができる。シートヒータ６に代えて、複数の線状のヒータを配置することもできる。しかし、線状のヒータは金型１に大きな温度差とそれに伴う大きな型歪を引き起こしやすいため、型歪を抑えることが容易なシートヒータ６の方が望ましい。

第１の押え板７はＳＵＳからなり、シートヒータ６を押しつけ、凹部５に保持する。第２の押え板９はＳＵＳからなり、断熱シート８を押しつけ、凹部５に保持する。

断熱シート８はヒュームドシリカと高純度二酸化ジルコニウム（ジルコニア）から形成されている。ヒュームドシリカは空気の分子運動を規制し、二酸化ジルコニウムは赤外線の透過を抑える性質を備えている。従って、これらの材料で形成された断熱シート８は、空気層を利用するグラスウールなどの一般的な断熱材と比べて熱伝導率が低い。また、熱伝導率の温度依存性が極めて低く、金型１の加熱温度（２００〜３００℃付近）での熱伝導率は常温での熱伝導率とほとんど変わらない。断熱シート８の常温での熱伝導率は静止空気の熱伝導率（理論値）より低い０．０２１Ｗ／ｍＫである。

次に、中子を製作する工程を説明する。まず、プレス装置によって可動型と固定型を密着させ、互いに対して固定する。これによって、中子砂が充填される空間が形成される。次に、可動型の上方にある砂充填装置（図示せず）から、可動型に設けられたブローノズル（図示せず）を通して、中子砂を空間内に充填する。この際、可動型に接続された押出ピン（図示せず）によって空間内の空気が排気され、空間内に中子砂が確実に充填される。次に、シートヒータ６を作動させ、中子砂を焼成する。キャビティ４内の温度は２００〜３００℃程度に制御される。シートヒータ６を数分作動させ中子砂が焼成されて固まった後、可動型と固定型を型開きし、貫通孔１２から押出ピンをキャビティ４内に挿入し、中子を金型１から離型する。

本発明は既存の金型の改造に用いることもできる。すなわち、既存の金型の第１の面を除くいずれかの面に断熱シートを設けるだけで、ヒータの消費電力を低減することができる。凹部を機械加工等によって設け、凹部に断熱シートを設置してもよいが、単に金型の表面に断熱シートを設けてもよい。

（実施例）
上述した実施形態の金型１において、第２の面３に断熱シート８がない場合（比較例；図６（ａ））、第２の面３に厚さ５ｍｍの断熱シート８を設けた場合（実施例１；図６（ｂ））及び第２の面３に厚さ１０ｍｍの断熱シート８を設けた場合（実施例２；図６（ｃ））について、金型１の各点での温度の時間変化を測定した。実施例１，２及び比較例では、第３〜第６の面２１〜２４に断熱シートを設置していない。Ｔ１はシートヒータ６の表面温度、Ｔ８は外気温度を示す。Ｔ２はキャビティ４の温度であり、中子の温度（製品温度）に相当する。Ｔ１〜Ｔ７の測定位置は図１，３に示している。実施例１，２と比較例において、Ｔ２が３００℃となるようシートヒータ６を制御した。シートヒータ６の消費電力は実施例１で４６９Ｗ、実施例２で４５７Ｗ、比較例で５９５Ｗであった。消費電力は実施例１で比較例より２１．２％減少し、実施例２で２３．２％減少した。これより断熱シート８を設けることでシートヒータ６の消費電力を大きく低減できることが確認された。また、実施例１と実施例２の差は小さく、断熱シート８の厚さは５ｍｍ程度で十分であった。

１金型
２第１の面
３第２の面
４キャビティ
５凹部
６シートヒータ
７第１の押え板
８断熱シート
９第２の押え板
２１〜２４第３〜第６の面
２５〜２８断熱シート

Claims

第１の面に開口し、砂が充填されるキャビティと、
前記第１の面の裏面である第２の面に設けられたシートヒータと、
前記シートヒータを覆う断熱シートと、を有し、
前記シートヒータは前記キャビティと前記断熱シートの間に位置し、
前記第２の面は前記シートヒータと前記断熱シートが嵌められる凹部を有し、前記凹部の底面に複数の突起が形成されており、前記シートヒータと前記断熱シートは前記複数の突起が挿通される複数の穴を有している、金型。
前記第２の面と垂直な方向に見たときに、前記キャビティは前記シートヒータ及び前記断熱シートに含まれる、請求項１に記載の金型。
前記第２の面と垂直な方向に見たときに、前記シートヒータは前記断熱シートに含まれる、請求項１または２に記載の金型。
第１の面に開口し、砂が充填されるキャビティと、
前記第１の面の裏面である第２の面に設けられたシートヒータと、
前記第２の面に前記シートヒータよりも外側に設けられた断熱シートと、を有し、
前記第２の面は前記シートヒータと前記断熱シートが嵌められる凹部を有し、前記凹部の底面に複数の突起が形成されており、前記シートヒータと前記断熱シートは前記複数の突起が挿通される複数の穴を有している、金型。
前記断熱シートは前記第１の面以外のすべての面に設けられている、請求項４に記載の金型。
前記断熱シートはヒュームドシリカと二酸化ジルコニウムからなる、請求項１から５のいずれか１項に記載の金型。
第１の面に開口し、砂が充填されるキャビティと、前記第１の面の裏面である第２の面に設けられた凹部と、を有する金型の前記凹部に、複数の穴を有するシートヒータと複数の穴を有する断熱シートをこの順で設けることを有し、
前記凹部の底面に複数の突起が形成されており、前記シートヒータの前記複数の穴と前記断熱シートの前記複数の穴は前記複数の突起に挿通される、金型の製造方法。